專利名稱：用于集成水路的地下水轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為建造提高或降低地下流動(dòng)流體的流量以便達(dá)到富有機(jī)巖石的地下燃燒、溶浸采礦、提高石油采收率、用于供水和灌溉的雨水收集和地下水補(bǔ)給、防洪、地下水水電、防止地下水污染等實(shí)用目的的設(shè)施的一系列發(fā)明的一個(gè)最新發(fā)明。迄今已批準(zhǔn)的專利包括US5868202、US6030048和US6158517。
在多孔介質(zhì)中流體分子(水、油、空氣等)流動(dòng)已與電子流動(dòng)進(jìn)行了比較，因此所述的設(shè)施稱為集成水路或水文單元，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在本文可互換。所有這些發(fā)明的關(guān)鍵是提高地下流體流量的特殊設(shè)備。本發(fā)明涉及這些設(shè)備范疇，它們可安裝在地下，以便控制流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的方向和速度。這些設(shè)備的作用類似電子工業(yè)中的晶體管，所以將改變地下水流量的發(fā)明稱為地下水轉(zhuǎn)換器或簡(jiǎn)稱為水轉(zhuǎn)換器。本申請(qǐng)還涉及大型過(guò)濾器的發(fā)明，從而允許很高的洪水或污水的過(guò)濾量。
背景技術(shù)：
地下水占地殼水的95％，但現(xiàn)在的供水大部分來(lái)自地表水體河流、湖泊、堤壩后的水庫(kù)等。因?yàn)榈乇硭苎杆倭魅牒土鞒龅乇硭畮?kù)，所以使用地表水。通常，地下水未被充分開(kāi)發(fā)，不僅是因?yàn)榱鞒隽袅渴芟?，還限制了例如水電生產(chǎn)的應(yīng)用，而且還因?yàn)榈偷牧魅肓袅渴瓜牡舻牡叵滤难a(bǔ)給困難而且費(fèi)錢。
地表水體是用于雨水收集和地下水補(bǔ)給設(shè)施的最常見(jiàn)形式。對(duì)于收集降雨的地表流量來(lái)說(shuō)，堤壩后水庫(kù)是最有效的。建造高堤壩后的大型水庫(kù)的人力和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用太高以致現(xiàn)在堤壩的建設(shè)和規(guī)劃越來(lái)越少。
目前的地下水補(bǔ)給的方法是洞穴中的泉水或往鉆進(jìn)已消耗地下水層的井中注水。由于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)考慮，這些實(shí)踐受到限制。
本發(fā)明涉及建造地下水轉(zhuǎn)換器和地下水過(guò)濾器的基礎(chǔ)計(jì)劃，以便可使地表水迅速過(guò)濾、貯存或補(bǔ)給消耗的地下水，或可將地下水迅速泵出，用于城市和陸地供水、灌溉或水電生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
地下水轉(zhuǎn)換器由埋在半導(dǎo)水基質(zhì)中的導(dǎo)水設(shè)備組成。導(dǎo)水設(shè)備通常由直徑有限的多孔管組成。半導(dǎo)水基質(zhì)由一層或多層礫石、砂、碎石和/或其他粗巖屑組成，垂直于流向有大的截面直徑。
在多孔管以水平方式埋在多層沉積層或碎石層的場(chǎng)合下，水橫向流入或流出管的留量(根據(jù)伯努利定律)可等于水豎直流入或流出半導(dǎo)水基質(zhì)的留量(根據(jù)達(dá)爾賽定律，因此可在自然或人工建立的水力勢(shì)下達(dá)到水迅速流入或流出地下的穩(wěn)態(tài)。
附圖簡(jiǎn)介在附圖中，

圖1(a，b，c，d)為有一個(gè)地下水轉(zhuǎn)換器作為發(fā)射器和另一個(gè)地下水轉(zhuǎn)換器作為收集器的水文單元。
圖1a為用于在多孔介質(zhì)中短時(shí)貯存地表水的水文單元的示意圖，說(shuō)明用于預(yù)期項(xiàng)目的各種地下水轉(zhuǎn)換器的配置。四個(gè)直線型地下水轉(zhuǎn)換器2形成四個(gè)封閉的排水道。將水連續(xù)地從地表水源4送入地下水轉(zhuǎn)換器，以便維持不變的正水力勢(shì)。長(zhǎng)方形的地下水轉(zhuǎn)換器6為連續(xù)泵出水的收集器，它構(gòu)成水文單元的負(fù)水力勢(shì)。勢(shì)差導(dǎo)致水流從排水道2通過(guò)多孔介質(zhì)進(jìn)入收集器6。該圖的比例為1∶2000。根據(jù)本發(fā)明，可建造更大或更小的水文單元。
圖1b為排水道的剖面圖，說(shuō)明水送入直線型的地下水轉(zhuǎn)換器的多孔管10，水從此滲入半導(dǎo)水基質(zhì)12，后者由填在溝槽中的礫石或碎石組成。在水力勢(shì)差下流動(dòng)的水然后滲入多孔介質(zhì)14到收集器6(圖1a中)。該圖的比例為1∶2000。根據(jù)本發(fā)明，可建造更大或更小的水文單元。
圖1c為收集器部分的剖面圖，說(shuō)明收集器由一層在坑槽中的礫石或碎石作為半導(dǎo)水基質(zhì)16組成，它再用泥漿或其他不滲透的材料18充填。收集器壁的上部20為不滲水的，但下部22為多孔且可滲透的，以致水可從多孔介質(zhì)14橫向通過(guò)這部分壁滲入基質(zhì)16。水通過(guò)地下水轉(zhuǎn)換器的底部進(jìn)入，因?yàn)榇怪庇诹飨蛴懈蟮慕孛娣e而水量大于橫向流。多孔管24埋在半導(dǎo)水基質(zhì)中。它們以能在管與基質(zhì)之間有最大的表面接觸的方式排列。該圖的比例為1∶100。根據(jù)本發(fā)明，可建造更大或更小的收集器。
圖1d為收集器部分的剖面圖，說(shuō)明來(lái)自多孔管24的水聚集并流入井眼26，后者的滲入深度深于半導(dǎo)水基質(zhì)28的底部。將水泵出井眼，以保持收集器的水力勢(shì)，即足夠低的水文單元的負(fù)極性，為輸送每日的消耗所需的規(guī)定量的水提供足夠大的水力梯度。該圖的比例為1∶100。根據(jù)本發(fā)明，可建造更大或更小的井眼。
圖2為水文單元中地下水運(yùn)動(dòng)的方向，其中由流出地下水轉(zhuǎn)換器-收集器的水流引起水力運(yùn)動(dòng)；在未來(lái)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬研究。注意，水運(yùn)動(dòng)的方向主要垂直向上進(jìn)入收集器30，而從河流32下的區(qū)域到收集器30下的區(qū)域大部分是橫向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵陧?xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)，礫石沉積層為300～600米厚，所以垂直于橫向流的截面積也是很大的。計(jì)算機(jī)模擬程序可根據(jù)水由河流的向下滲流、它的橫向流動(dòng)和它的最終上升到收集器，來(lái)計(jì)算在維持穩(wěn)定態(tài)的同時(shí)，水流出收集器的最大泵速。
圖3(a，b，c)為用于其他項(xiàng)目的地下水轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)水文單元。
圖3a為地下水轉(zhuǎn)換器-補(bǔ)給器的橫截面剖面圖，它由地下水轉(zhuǎn)換器34與成層的礫石地下水過(guò)濾器36組成。地表水源的水(收集雨水或河流洪水)進(jìn)入“水塔”38，并流入貯水器40。然后洪水通過(guò)以礫石的梯粒床層來(lái)表征的地下水過(guò)濾器36向下滲透，過(guò)濾并進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)水基質(zhì)34、多孔管42，并泵出用于消費(fèi)。
圖3b為圖3a的地下水轉(zhuǎn)換器-補(bǔ)給器的縱向剖面圖，它由地下水轉(zhuǎn)換器34和地下水過(guò)濾器36組成。地表水源的水(收集雨水或河流洪水)進(jìn)入“水塔”38(見(jiàn)圖3a)，并流入貯水器40(見(jiàn)圖3a)。然后水通過(guò)以梯粒床層來(lái)表征的分層床層36向下滲出，過(guò)濾并進(jìn)入基質(zhì)34和多孔管42。然后水向下進(jìn)入井眼46，再泵出46。在井眼46中的水位為負(fù)極性，并控制著導(dǎo)致水由地下水過(guò)濾器36滲濾的水力勢(shì)差。
圖3c為地下水轉(zhuǎn)換器-補(bǔ)給器的示意圖。它由埋在半導(dǎo)水基質(zhì)34中的多孔管42組成。水在泵出之前先由貯水器和過(guò)濾器滲入基質(zhì)和地下水轉(zhuǎn)換器的多孔管。
圖4與提供綠化用水的項(xiàng)目有關(guān)，用于收集雨水貯存的實(shí)驗(yàn)地下水轉(zhuǎn)換器。代替多孔管，用于這樣的地下水轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)水設(shè)備由埋在半導(dǎo)水的砂中的滲透性高的礫石直線型排列組成。貯存在貯水層48或50中的水被土壤52或泥漿54的毛細(xì)管作用吸收，以滋養(yǎng)草根和/或其他植物根。在地表下的地下水面可通過(guò)泵入或泵出井眼(或通過(guò)井眼)的水來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)水位高于58時(shí)，上層砂層48為貯水層。當(dāng)水位低于60時(shí)，較低的砂層50為貯水層，而上層砂層48為水毛細(xì)管作用上升到土壤52的隔水層，從而使水的蒸發(fā)損失最少。
具體實(shí)施例方式
地下水轉(zhuǎn)換器在用于供水的集成水路中的應(yīng)用城市供水的現(xiàn)在水源主要為地表水庫(kù)。在許多地方建造堤壩，并很容易由水庫(kù)提供灌溉和/或城市用水。在雨季收集水以便在旱季使用；例如在季風(fēng)氣侯區(qū)域的大都市高雄，在美濃鄉(xiāng)附近本來(lái)要建造一座142米高的堤壩。該計(jì)劃預(yù)計(jì)耗資25億美元以上，由于各種安全和環(huán)境考慮，這一計(jì)劃必需放棄。世界水壩委員會(huì)的最新研究清楚地指出，建造高堤壩的人力、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用極高。迫切需要高堤壩的替代方案。
我們已研究了開(kāi)發(fā)用于大量日常供水的地下水的各種替代方案的可行性，例如美濃堤壩的替代方案，以便為高雄市供水。按照預(yù)算，大城市地區(qū)每天另外的水耗量為1.6百萬(wàn)米3/日，即差不多600百萬(wàn)米3/年。老濃溪水系統(tǒng)的每年降雨量為17億米3，而在高坪溪口的每年流量為85億米3。因此，由老濃流域的水量足以提供高雄市的需要。問(wèn)題是，在5至10月的雨季，在季風(fēng)區(qū)域降雨量很大，而在11至4月的旱季降雨量則很小。關(guān)鍵的問(wèn)題有兩方面a)在地下貯水層收集和貯存雨季降下的雨水，以及b)在旱季以足夠快的留量再泵出貯存在地下的水，用于城市消費(fèi)。
本發(fā)明涉及一種收集雨水、在多孔介質(zhì)中短時(shí)貯存水和為城市消費(fèi)和灌溉迅速生產(chǎn)地下水的方法。我們提出建設(shè)由水文單元網(wǎng)組成的集成水路，如圖1a～1d所示。為每一單元建造排水道2(圖1a中)，從地表水源流入直線型地下水轉(zhuǎn)換器10和12(圖1b中)的水主要用于保持單元高的正極性。建設(shè)地下水轉(zhuǎn)換器-收集器，其中一個(gè)在每一單元的中心6(圖1a中)。多孔管的水進(jìn)入井眼26(圖1d中)，在那里將水泵出，用于消費(fèi)；從地下水轉(zhuǎn)換器有孔管24連續(xù)抽出水(圖1c中)，使集成水路保持恒定的負(fù)極性。
可在河流旁邊建造水文單元(圖2)，例如在河流32旁邊安裝地下水轉(zhuǎn)換器收集器30。計(jì)算機(jī)模擬研究表明，水主要從下面的礫石沉積層豎直向上流入地下水轉(zhuǎn)換器(圖2)，由于垂直于地下水流方向地下水轉(zhuǎn)換器的截面積大，大量的水被收集。礫石沉積層消耗的地下水被河流的橫向流補(bǔ)充(圖2)。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可確保穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，從而在水被泵出地下水轉(zhuǎn)換器時(shí)，地表下的地下水面不下降，因?yàn)榈叵滤倳?huì)立即由從河流32向下滲透的水通過(guò)地下水補(bǔ)給器來(lái)補(bǔ)充(圖2)。
在更干旱的區(qū)域，河流并不能全年流動(dòng)，可橫過(guò)支流床建造一系列地下水流的低壩或阻擋層。然后阻擋層或低壩后的河流沉積層可蓄滿地下水。在每年地下水面的最低水位以下填埋地下水過(guò)濾器-收集器。從河流沉積層流入收集器的地下水可用淺水庫(kù)的水和/或從上游沉積層中的地下水替代。
地下水過(guò)濾器在用于地下水補(bǔ)給的集成水路中的應(yīng)用由于在最近20年地下水的過(guò)量開(kāi)發(fā)，有些地區(qū)的地下水面現(xiàn)低于地表20米以上。為了進(jìn)行地下水補(bǔ)給，必需挖掘水坑，將洪水從水渠引流到水坑，在那里從沉積層滲出，以補(bǔ)給消耗的地下水?，F(xiàn)在使用礫石坑中的水作為地下水補(bǔ)給的發(fā)射器的實(shí)踐有幾個(gè)缺點(diǎn)。水的污染和不滲透層在坑底的沉積需要經(jīng)常的修正措施。當(dāng)邊遠(yuǎn)地區(qū)的水坑變成城市的一部分時(shí)，陸地應(yīng)用的損失是更嚴(yán)重的。
在水坑中地下水轉(zhuǎn)換器和過(guò)濾器的安裝(圖3)可起到地下水補(bǔ)給的相同作用，而陸地的再填可使陸地表面用于建設(shè)或其他目的。
地下水轉(zhuǎn)換器-補(bǔ)給器被設(shè)計(jì)成可填埋在地下，而不是露天水坑。使用這樣的替代設(shè)備有許多優(yōu)點(diǎn)，至少其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是獲得了原來(lái)是露天水坑的陸地表面的再利用(例如用于城市建設(shè))。
正如圖3a、3b和3c所示，補(bǔ)給器由地下水轉(zhuǎn)換器34和地下水過(guò)濾器36組成。地表水源的水(收集雨水或河流洪水)進(jìn)入“水塔”38，并流入貯水器40。然后洪水通過(guò)以梯粒床層36來(lái)表征的分層的地下水過(guò)濾器滲透，過(guò)濾，并進(jìn)入基質(zhì)34，并從那里進(jìn)入多孔管42。管中的水橫向流動(dòng)，并向下流到井眼44，然后泵出46。井眼46中的水位為負(fù)極性，并控制水力勢(shì)差，從而使水通過(guò)地下水過(guò)濾器36滲透(圖3b中)。
地下水轉(zhuǎn)換器在用于污水過(guò)濾的集成水路中的應(yīng)用世界上許多淺湖泊已被污染。原因有兩方面水被污染和水不流動(dòng)。在湖水原來(lái)適合作為城市供水的地方，污染使湖中的綠色藻類生長(zhǎng)，以致水不再適合消費(fèi)。新的水源必需供給城市應(yīng)用，而未經(jīng)充分處理的污水排入湖泊進(jìn)一步造成污染。
最突出的例子之一是中國(guó)云南省昆明市滇池的污染。面積32平方公里的淺湖泊的水量為12億立方米。其中差不多一半來(lái)自昆明市經(jīng)處理的污水。提出使用如圖3所示的地下水轉(zhuǎn)換器的工程，以過(guò)濾湖水使它再次適用于人類消費(fèi)。
湖周圍被堤壩包圍以防洪。在所提出的方案中，將湖水送入堤壩的另一側(cè)，進(jìn)入由地下水過(guò)濾器36和地下水轉(zhuǎn)換器34組成的過(guò)濾設(shè)備。該設(shè)備與圖3所示的類似，用于地下水補(bǔ)給。用于過(guò)濾污染的湖水，不需要水塔38(圖3a和3b)，直接流入露天水坑中的湖水形成水池(代替圖3a和3b中的貯水器40)。水池中的水通過(guò)以梯粒床層表征的分層36組成的地下水過(guò)濾器滲透。如此過(guò)濾后，水進(jìn)入半導(dǎo)水基質(zhì)34和多孔管42的地下水轉(zhuǎn)換器。水從管橫流入井眼44，然后泵出46。湖中的水位為正極性，而井眼46中的水位為負(fù)極性，勢(shì)差使水通過(guò)過(guò)濾器36滲出。
地下水過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器設(shè)備的另一應(yīng)用是在地下水被例如含砷毒物污染的地方，過(guò)濾地表水用于飲用。在所提出的方案中，將地表水源的水送入地下水過(guò)濾器和地下水轉(zhuǎn)換器設(shè)備，它與用于過(guò)濾污染湖水的設(shè)備類似。水流入水池，并通過(guò)以梯粒床層表征的分層組成的地下水過(guò)濾器滲出。如此過(guò)濾后，水進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)水基質(zhì)和多孔管。管中的水橫向流入井眼。通過(guò)地下水過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器泵出的水將適用于飲用，地表水中的微生物和細(xì)菌被過(guò)濾掉。
經(jīng)過(guò)濾的水因堿性太高，還是可以生長(zhǎng)綠藻。此外或作為過(guò)濾的替代，本發(fā)明還涉及化學(xué)處理。我們已確定，自然的湖水生長(zhǎng)硅藻，其pH小于7.0，而污染后的湖水pH增加到8.0或9.0。我們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn)可將湖水pH從堿性變化到酸性以阻止綠藻的生長(zhǎng)。這種改變可通過(guò)二氧化碳泵入污染湖水來(lái)實(shí)現(xiàn)，二氧化碳源可用工業(yè)廢氣，特別是由純石灰石制造水泥生產(chǎn)。湖水酸性化后可又長(zhǎng)硅藻，養(yǎng)魚消耗硅藻，從而使湖水清潔。
過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器設(shè)備的其他應(yīng)用包括在游泳池邊的設(shè)備，使游泳池水穩(wěn)定地循環(huán)和過(guò)濾。
地下水轉(zhuǎn)換器在用于水電生產(chǎn)的集成水路中的應(yīng)用建造堤壩不僅用于在水庫(kù)中貯水，而且還用于發(fā)電。由于需要在這樣的堤壩后的水庫(kù)有使用壽命較長(zhǎng)，所以希望建造高的堤壩，但是人力和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用使高堤壩的建設(shè)不再是具有吸引力的選擇。在低堤壩后的淺水庫(kù)存在較少的問(wèn)題，但是它們?nèi)菀子偃?。在充滿淤泥的河流例如黃河上地堤壩后建造水庫(kù)有相同的問(wèn)題。水庫(kù)被沉積物填滿以后，貯存地表水的能力下降。供水量和水力發(fā)電的能力減少。
如果安裝足夠數(shù)量的地下水轉(zhuǎn)換器，就可以高的留量從水庫(kù)沉積層的多孔空間抽出水，用于水力發(fā)電。在所提出的從柔軟的沉積層抽水的方案中，提出建造類似用于污染湖水過(guò)濾的過(guò)濾器36/地下水轉(zhuǎn)換器34設(shè)備(圖3c)。水庫(kù)或河流的水流入挖掘的坑中形成水池。水池的水通過(guò)地下水過(guò)濾器滲出。水如此過(guò)濾后，進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器。然后，水流入井眼并泵出。水庫(kù)的水位為正極性，而井眼46中的水位為負(fù)極性，它調(diào)整通過(guò)地下水過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器滲出的水泵出井眼的留量。可從許多這樣的地下水過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器泵出很大量的水，匯集進(jìn)入水道，流下陡坡用于水力發(fā)電。
地下水轉(zhuǎn)換器在用于防洪的集成水路中的應(yīng)用許多河流在高洪水期，由于堤壩缺口或由于洪水沖入下面河道沉積物(或孔穴狀基巖)上，洪水再?gòu)哪抢镒鳛橛砍睕_向堤壩的另一側(cè)引起洪泛。防洪的傳統(tǒng)方法是加寬河道和/或增高防洪堤壩。在洪泛河流通過(guò)城市的地方，如果必需購(gòu)買不動(dòng)產(chǎn)用于這樣的防洪措施，那么這樣的實(shí)踐費(fèi)用就太高。如果洪水通過(guò)多孔的河流沉積層或孔穴狀的底層滲漏，那么問(wèn)題甚至更加困難，例如中國(guó)廣東省的北江洪泛的情況。
在所提出的方案中，例如將用于地下水補(bǔ)給的過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器安裝在河流堤壩的外側(cè)。在有障礙物使河道流量下降的地方，它們可能是特別必要的。在高洪泛期，將河流的水引入地下水過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器設(shè)備36和34(在圖3a和3b中)。水流到水塔38，并流入貯水器40。從那里，水通過(guò)以梯粒床層表征的分層沉積層的地下水過(guò)濾器36滲出。在水如此過(guò)濾后，它進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器的基質(zhì)34和多孔管42。管中的水橫向流入井眼44，并泵出46。來(lái)自這樣的防洪水文單元的水可并到日常供水的系統(tǒng)中。這些單元在洪泛時(shí)將輸送更多的水，同時(shí)減少由其他來(lái)源生產(chǎn)的水(例如來(lái)自水井)。
在淺水庫(kù)或淺河底安裝過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器，為塞滿淤泥的河流防洪提供另一途徑。使用在沉積層中填埋的收集器，當(dāng)懸浮的沉積顆粒物在覆蓋或包圍地下水轉(zhuǎn)換器的天然過(guò)濾器上或其中時(shí)，水在進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器之前已經(jīng)過(guò)濾。在水庫(kù)新沉積的底的頂部，可建造第二層過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器，起相同的供水、發(fā)電和防洪作用。幾十年后，這第二層集成水路也會(huì)被填埋。在新沉積的底的頂部，建造第三層過(guò)濾器/地下水轉(zhuǎn)換器，再次起相同的作用。數(shù)百年后，河道將被完全填平，但不會(huì)有洪水，因?yàn)榻?jīng)過(guò)濾的洪水可流過(guò)蜂窩狀地下水轉(zhuǎn)換器，而沉積物繼續(xù)填充沖積的河道以形成沖積平原。
地下水轉(zhuǎn)換器在通過(guò)毛細(xì)灌溉用于園林綠化的集成水路中的應(yīng)用用潤(rùn)濕地表的水灌溉植物；甚至常常提到的滴灌采用相同的基本技術(shù)，從石器時(shí)代以來(lái)它就沒(méi)有改變。將多孔管填埋用于滴灌的嘗試已被放棄，因?yàn)榈嗡芤资苤参锔纳L(zhǎng)破壞。所以提出使用很容易滲透的粗礫石代替多孔管，作為地下水轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)水設(shè)備。
圖4為用于收集雨水的實(shí)驗(yàn)性地下水轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目與提供用于園林綠化的水的項(xiàng)目相結(jié)合。平行安裝幾排導(dǎo)水的粗礫石，類似圖3c所示的多孔管的排列。在這種情況下，地下水轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)水基質(zhì)由砂組成。將地表水源例如附近建筑物屋頂收集的水送入井眼56或通過(guò)井眼56。從那里水在重力勢(shì)作用下流動(dòng)，并進(jìn)入粗礫石和砂中。在砂質(zhì)貯水層48或50中，貯存的水通過(guò)土壤52的毛細(xì)管作用或泥漿54的毛細(xì)管作用被吸收，以營(yíng)養(yǎng)草根或其他植物根。由于埋在某一深度，水的蒸發(fā)損失大大低于土壤潤(rùn)濕的蒸發(fā)損失。
在地表下的地下水面可通過(guò)將水泵入或泵出井眼56或讓水通過(guò)井眼56來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)水位高于58時(shí)，上層砂層48為貯水層。當(dāng)水位低于60時(shí)，下層砂層50為貯水層，而上層砂層48為隔水層，以防止水毛細(xì)上升到土壤52中，從而使水的蒸發(fā)損失減到最小。
權(quán)利要求
1.一種具有用于收集、貯存和輸送水的水文單元的集成水路，所述的集成水路包括一個(gè)或多個(gè)由埋在控制流體流動(dòng)方向和流量的半導(dǎo)水基質(zhì)中的地下水導(dǎo)體形成的地下水轉(zhuǎn)換器，其中由半導(dǎo)水介質(zhì)形成的所述的基質(zhì)垂直于流向有大的截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的集成水路，還包括用于過(guò)濾水流的地下水過(guò)濾器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的集成水路，基于水可通過(guò)垂直于流向有大的截面積的半導(dǎo)水介質(zhì)的流動(dòng)象它的管子或水道一樣流量的原理，建造這樣的設(shè)備，使地表水和地下水有效交換，以用于城市供水、灌溉、水力發(fā)電、污水過(guò)濾、防洪和其他目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的集成水路，其中地下水轉(zhuǎn)換器由埋在可滲透水流的礫石、砂或其他碎石的半導(dǎo)水基質(zhì)中作為地下水導(dǎo)體的多孔管或其他導(dǎo)水管組成，所述的地下水導(dǎo)體按幾何排列安裝，使地下水導(dǎo)體和包圍的半導(dǎo)水基質(zhì)之間有最大的接觸面積，最有利于流體從半導(dǎo)水基質(zhì)到地下水導(dǎo)體或從地下水導(dǎo)體到半導(dǎo)水基質(zhì)的流動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的集成水路，其中地下水過(guò)濾器由以梯粒床層表征的分層組成，細(xì)碎石層在地下水過(guò)濾器的上部，而粗碎石層在地下水過(guò)濾器的下部，所述過(guò)濾器用于在水流進(jìn)入地下水轉(zhuǎn)換器以前過(guò)濾洪水和污水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的集成水路，其中將一些部件放在水壩內(nèi)，水從地表體送入水壩，以維持水文單元的正極性，而其他部件構(gòu)成取出水例如泵出水的收集器，以維持水文單元的負(fù)極性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的集成水路，其中除地下水導(dǎo)體和半導(dǎo)水基質(zhì)外，地下水轉(zhuǎn)換器還包括一井眼，以便調(diào)節(jié)通過(guò)地下水轉(zhuǎn)換器的水流的水力勢(shì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的集成水路，其中地下水過(guò)濾器包括有水塔或沒(méi)有水塔的貯水系統(tǒng)，從而可調(diào)節(jié)通過(guò)地下水過(guò)濾器的水流的水力勢(shì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的集成水路，其中將二氧化碳送入，以改變過(guò)堿性湖水河水的pH值，到一程度以阻止綠藻生長(zhǎng)，促進(jìn)硅藻生長(zhǎng)將湖水河水清潔化。
全文摘要
集成水路包括地下水轉(zhuǎn)換器，即由埋在控制流體流動(dòng)方向和留量的半導(dǎo)水基質(zhì)(34、36)中的地下水導(dǎo)體(42)形成，所述的基質(zhì)(34、36)由在垂直于流向有大的截面積的半導(dǎo)水介質(zhì)形成。
文檔編號(hào)B01D24/00GK1540112SQ0312327
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者許靖華 申請(qǐng)人:許靖華